ВАКУУМНЫЕ ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ

Молекулярные вакуумные насосы представляют собой разно­видность кинетических вакуумных насосов, принцип действия которых основан на передаче дополнительного импульса движе­ния молекулам газа от вращающегося ротора в направлении откачки.

Молекулярные вакуумные насосы работают в области моле­кулярного режима течения газа, обеспечивая значительные отно­шения давлений (до 10® ... 107) при относительно небольшой быстроте действия 10~4 ... Ю-1 м3/с.

В связи с повышением требований к «чистоте» высокого вакуума для обеспечения технологических процессов особенно актуаль­ной представляется проблема создания высоковакуумных насо­сов, не загрязняющих откачиваемый объем парами рабочих тел, особенно углеводородов. Одним из направлений. по разработке такого насоса является создание комбинированного турбомоле - кулярного вакуумного насоса, обеспечивающего откачивание газа непосредственно из объема в атмосферу [20]. В таких насосах в качестве промежуточных ступеней откачивания могут быть ис­пользованы молекулярные ступени, работающие при молекуляр­ном и вязкостном режимах течения газа.

Конструктивно молекулярные вакуумные насосы разделены на три группы: цилиндрического типа с кольцевыми каналами на роторе (насос Геде), цилиндрического типа со спиральным кана­лом вдоль поверхности ротора (насос Хольвека), дискового типа со спиральным каналом от внешнего диаметра к центру диска (насос Зигбана).

Каналы образуются между поверхностями неподвижного кор­пуса и паза, выточенного в роторе, или ротора и паза, выточен­ного в корпусе. В первом случае с газом взаимодействует относи­тельно большая движущаяся поверхность, чем во втором.

В корпусе 4 (рис. 143) молекулярного вакуумного насоса Геде вращается цилиндрический ротор с рядом кольцевых каналов, симметрично расположенных относительно середины насоса. Моле­кулы газа, поступая через всасывающий патрубок 3 во внутрен­нюю полость насоса, получают дополнительный импульс при столкновении с движущейся поверхностью ротора и переме­щаются по каналам 5 до выхода 7 из них. Для увеличения отно­шения давлений, создаваемого насосом, каналы соединены после-

Довательно, выход каждого канала соединен с входом последую­щего. Вход и выход 2 отделены один от другого отсекателем 1, Установленным с малым зазором к поверхности ротора. Моле­кулы газа, перемещаясь из канала в канал вправо и влево от центра насоса, попадают в полости 7, из которых удаляются форвакуумным насосом. Глубина каналов уменьшается от центра к периферии. Ротор вращается в опорах 6, обеспечивающих гер­метичность форвакуумных полостей.

В молекулярном насосе цилиндрического типа со спираль­ным каналом вдоль поверхности ротора (рис. 144) (насос Холь - века), в отличие от насоса Геде, каналы образованы поверх­ностью ротора 1 и винтовой канавкой 3, выполненной в корпусе 2. В такой конструкции объем перетекающего газа уменьшен путем устранения отсекателей. Газ, поступая через всасывающий патру­бок 5 в полость 4 в центре насоса, попадает в винтовые канавки 3 и,

Разделяясь на два потока, перемещается вправо и влево до выхода в нагнетательные полости 6, из которых отка­чивается форвакуумным на­сосом. Ротор насоса приво­дится во вращение электро­двигателем, роторная обмот­ка 8 которого расположена на валу консольно и отде­лена от статора 7 электро­двигателя тонкостенным гер­метичным стаканом 9. При таком выполнении передачи вращения на ротор внутрен­няя полость насоса полностью изолирована от внешней среды. Глубина паза изменяется от центра к периферии. В молеку­лярном насосе Зигбана (рис. 145) дискового типа спиральные каналы выполнены в торцовых крышках. Внутри корпуса 3 вращается диск. Газ из всасывающего патрубка 1 посту­пает в спиральные каналы 4, 5 к 6. Таких каналов может быть несколько, например на рисунке показаны три спирали. Газ по спиральным каналам от периферии диска перемещается к центру и через отверстия 7 откачивается форвакуумным насосом.

Основной недостаток приведенных конструкций молекуляр­ных вакуумных насосов заключается в высокой точности изгото­вления и сборки. При увеличении зазоров между вращающимся ротором и корпусом более (2 ... 5) Ю-5 м возрастает количество перетекающего газа из канала в канал или со стороны всасыва­ния на сторону нагнетания, что значительно ухудшает его откач - ные характеристики. Поэтому сами по себе молекулярные вакуум­ные насосы не получили распространения в промышленности.

S, М3/с

НГв ID'7 10 6 W~5 1С-* 10 3 !0'гр Па

А) Ь)

Рис. 147. Откачные характеристики:

О — комбинированного турбомолекуляриого насоса; б — молекулярной ступени

Однако молекулярные ступени могут быть использованы в ка­честве промежуточных ступеней в комбинированных турбомоле - кулярных насосах.

Одним из возможных кон­структивных решений может быть схема вакуумного насоса, приве­денная на рис. 146 [16]. Проточ­ная часть этого насоса представ­ляет собой совокупность турбо - молекулярных 1, молекулярных 2 и вихревых 3 ступеней, рабо­тающих последовательно и раз­мещенных на одном валу 4. Рабо­тающие в качестве второго пакета молекулярные ступени в диапа­зоне 0,1 ... 103 Па создают отношение давления 103 ... 104 и при сравнительно небольшой быстроте действия обеспечивают отка­чивание того количества газа, которое поступает из первого па­кета рабочих колес турбомолекулярного насоса. При работе молекулярных ступеней в диапазоне давлений больших чем 102 ... 103 Па откачные характеристики ухудшаются и предпоч­тительно использовать другие ступени, например вихревые [17]. Такое построение пакета рабочих колес обеспечивает сжатие газа до атмосферного давления и абсолютно безмасляное откачивание. На рис. 147, а представлена откачная характеристика такого насоса.

Основными параметрами, определяющими откачную характе­ристику молекулярной ступени (рис. 147, б), является макси­мальная быстрота откачки 5гаах при отношении давлений на сту­пени, равном единице, и максимальное отношение давлений тгаах при быстроте откачки, равной нулю.

Изменения максимального отношения 1 (рис. 148) и разности давлений 2, создаваемой одной молекулярной ступенью Геде, зависят от давления всасывания в переходном и вязкостном ре­жиме течения газа.